4G网络在油田数据传输的应用前景

王继峰

大庆油田工程有限公司

4G网络是一种多功能的集成性网络系统，能够高效地进行数据传输。在油田数据传输中应用4G网络技术可以有效提高油田生产的监管效率，通过对数据的采集、分析、处理、传输以及对现场生产过程进行远程监控，极大程度地提高了油田生产的智能化水平[1]。因此，4G网络在油田数据传输中的应用对于油田生产工作的开展具有重要的意义。

1 4G网络在油田中的应用

1.1 网络架构、主要设备及组网方式

4G网络从结构上可以分为三个部分，即提供路由选择和接入功能的物理网络层、实现管理地址变换和映射功能的中间环境层，以及提供应用服务的应用层。4G网络的组网方式有OFMD组网、基于IP的核心网组网、多输入输出技术组网、软件无线电组网[2]。将4G网络应用于油田数据传输时，系统应配备传感器、RTU等数据采集设备、LTE无线带宽系统、网络终端等数据传输设备，以及相应的系统监控设备。

1.2 实现自动化井口数据采集

4G网络通信技术在油田中的应用主要靠前端、传输以及后端三个部分来实现。前端进行井口数据及监控视频的采集；传输部分通过运用4G无线技术代替传统的WLAN、 WIMAX、 MCWILL、LORA等网络方式，实现更加精准、快速地传输数据；后端主要用来进行油气田生产的智能监测[3]。

在油田的开采施工现场安装RTU传感器，将传感器与4G网络中的无限传输系统、数据监测系统相连，构成了完整的4G网络自动化井口数据采集系统。在进行实际的井口数据采集过程中，传感器首先进行数据的收集，然后将收集到的数据进行可视化处理，最后经无线传输系统将数据输送至井口监测系统，实现井口数控实时展示[2]。

1.3 实现油田生产数据传输

4G网络的LET无线宽带通信系统可以实现油田生产数据的智能化传输。该系统组网灵活，基于全IP网络构建，采用自适应重传、自适应编码调制等核心技术，具有频谱适应性强、用户海量、安全性、实时性、速率传输快、覆盖范围广等特点[4]。4G网络的无线宽带通信系统可以为后台主站与远端监控模块提供安全的数据传输通道，并对远端通信模块、网络设备进行管理和配置。

2 公网4G与专网4G的区别

从资源情况（比如偏远地区没有公网或不全覆盖）上看，专网4G比公网4G更自主灵活；从数据流向上看，公网4G需要将数据流转到核心，然后下传到制定的DMZ隔离区，再通过企业生产网传到目的地，数据传输会有延迟；从网络通信的可靠性上看，专网4G的可靠程度较高，能够实现在任意时刻进行接网通信，而公网4G的可靠性程度相对较低，公网在使用的过程中可能会受到公众使用的影响，出现诸如通信不稳定、负载稳定性差、数据传输过程中数据丢失等现象，在进行接网通信时系统只能保证一定程度的通信；从网络通信的可控性上看，专网4G能够实现可管可控需求，在通信过程中可以预留资源，进行灵活管理，从而保障通信服务质量，而公网4 G不能够对通信呼叫进行有效排序，关闭、抢占等控制功能相对较弱；从网络通信的公平性上看，专网4G在进行对用户的通信服务时，能够对用户进行关系梳理，用户通信具有优先等级之分，而公网4G的通信用户间完全平等，没有等级之分；从网络通信的安全性上看，专网4G在进行通信时需经过不同层次的加密处理，在通信双方间进行双向认证，具有较高的安全性，而公网4G安全性相对较低，存在一定程度的通信风险；从网络通信的经济性上看，专网4G通信构架可由企业自行投资建设，企业具有绝对的使用权及控制权，经济可控性较大，而公网4G的使用方式通常为租赁，网络使用以及建设会受到其他外界因素的影响，这个过程中会无形加大经济投入，相较专网而言经济性低。

3 4G网络在油田数据传输中的优势

4G网络技术实现了对油田生产数据的实时采集、处理、传输，并在计算机系统界面生成可视数据表，便于油田生产管理人员及时了解现场状况，对于实现油田的数字化管理、确保油田生产工作安全有效的开展具有重要的应用意义[3]。4G网络技术的传输性能可以与光缆的传输性能相媲美，比3G网络提高了10倍以上，大幅度提升了数据的传输效率。

4G网络与WLAN相比其使用范围更广。WLAN是一种局域网络，可以实现企业单位、校园、家庭环境等小范围的网页使用，而4G网络是电话网络与广域网络，除使用范围更广泛外，还具有拨打电话的功能。WIMAX是无线城域网，其使用时带宽可达到70 Mbit/s，传输距离可达50 km，但在应用时只能向所处地区的无线电管理局进行申请，相对受制于人[5-6]。MCWILL又称为多载波无线信息本地环路，其具有较好的兼容性且支持的终端类型丰富，其作为SCDMA的衍生产品，目前定位于固定无线宽带技术，新近推出的R5版本产品在技术性能上类似于WIMAX对应产品。而其早期产品由于政策管制的不明朗和替代性技术的竞争，基本定位于企业专网市场和农村市场，市场反应不大。MCWILL前期被广泛关注，预测会成为中国宽带接入市场的主流技术，但能否实现大规模部署需要得到电信管理部门和电信运营商的认可。电信管理部门站在产业利益角度，而电信运营商则会更多考虑企业自身经营效果，他们会关注对产品的应用模式及市场价值的认知、可以接受的部署成本以及对终端产业发展进度的判断。国际上认为在规模部署阶段MCWILL将无法获得市场青睐。在短时间内迅速提升产品成熟度、相应业务模式符合用户需求，并将价格降至运营商愿意接受的程度都将影响MCWILL的建设成本。

4G网络数据传输支持100 Mbit/s以上的宽带，比传统的3G数据传输速度快10倍以上，在整个油田生产过程中数据的传输速度方面发挥了巨大的技术优势，强化了电子巡井的工作效率，提高了安全隐患的排查率，确保油田生产的安全事故得到及时有效地处理，降低了事故对于油田生产经济效益的影响，从而有效地节约了油田生产的投入成本[7]。4G网络数据传输与光缆数据传输相比，在保证相同的数据传输效率的基础上，还具有光缆数据传输系统一旦发生故障应急速度快等优点。焊接光缆纤芯也需要大量的投入资金，且由于焊接过程具有较强的专业性，给油田数据传输系统的故障修复工作带来了较大的难度。整体来看，4G技术的行业应用正处于良好发展阶段，4G通信技术在智能手机以外行业的应用也越来越广泛，如应用在油田生产方面。面向行业领域和消费领域的资产管理、工业设备管理、电力、交通、金融、公共服务、安全监控等大规模需求，4G网络有广阔的市场空间。随着各个行业在物联网应用中对数据连接的要求越来越高，4G占比将不断上升。并且4G网络的应用有效降低了数据传输系统的维护成本，降低了维修难度，应用到油田生产方面将有助于提高油田生产的经济效益[5]。

4 专网4G在油田数据传输中的应用

甘肃的青海油田总面积约为5 020 km2，油气储量超过10×108t，该油气田的开发对促进当地经济发展具有重要的作用。为进一步提高油田数据传输的准确性和快速性，强化油田生产的信息化水平，进行了4G无线通信技术专网改造。该通信网络采用基于IP核心网的组网方式，运用260 M的LTE无线带宽通信系统，并进行自适应重传以及自适应编码调制设计[8]。该专网4G数据传输系统投入使用后，经检测其工作频率在212～221 MHz之间，当接入设备的带宽为1 MHz时，系统的数据传输速度可以达到1.86 Mbit/s，与改造前相比数据传输速度具有较大的提升，数据传输的安全性与可靠性也更高。

在油田的生产过程中，生产的监控系统及生产的指挥系统都越发依赖于4G网络数据传输[9]，特别是双通道的应用，实现了独立配置用于办公和生产两个网络。双通道是在芯片级里设计两个内存控制器，这两个内存控制器可相互独立工作。双通道内存技术其实是一种内存控制和管理技术，它依赖于芯片组的内存控制器进行工作，在理论上能够使两条同等规格内存所提供的带宽增长1倍，其早就被应用于服务器和工作站系统中。双通道是指内存的读、写使用不同的通道，可以同时读和写，内存带宽翻倍，明显提升系统的性能[10]。因此，为保证油田数据传输系统的工作效率，需采用一定的措施将生产网与办公网进行分化隔离。常见的网络隔离方式有完全物理隔离、完全逻辑隔离以及设备间物理隔离、应用间逻辑隔离。

5 结束语

4G网络技术在油田数据传输方面极大地提高了油田数据传输的效率，有效降低了油田生产的投入成本，其对生产过程中的不合理因素进行了科学的监管，减小了生产安全事故发生的概率，为油田生产企业创造了更大的经济效益。但是4G技术在使用的过程中仍存在很多的问题，需要引起高度重视，扬长避短，继续发挥4G技术在油田数据传输方面的巨大作用。